江西煤炭科技 ２０１４年第４期 Ｎｏ．４ ２Ｏ１４ ＪＩＡＮＧＸＩ ＣＯＡＬ ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ 井下矸石翻卸及破碎系统方案优化设计 彭 猛，胡友良，吴云长 （湖南第一工业设计研究院，湖南长沙４１００１１） 摘要：对官仓煤矿井下－＋－６０６ ｍ大巷矸石翻卸及破碎系统进行了初步方案设计，基于系统可靠性考量，在对初步设计方 案进行了评价后，从工艺布置、关键设备选型、设备基础处理等方面完成了优化设计，实现了井下矸石翻卸及破碎系统机电 液一体化作业，施工难度大为降低，系统可靠性大为增强。 关键词：矸石；翻卸及破碎系统；优化设计 中圈分类号：ＴＤ５２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００６－－２５７２（２０１４）０４～００９４－－０３ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｔｉｐｐｉｎｇ ａｎｄ Ｂｒｅａｋｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ Ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ Ｇａｎｇｕｅ Ｐｅｎｇ Ｍｅｎｇ，ＨＵ Ｙｏｕｌｉａｎｇ，ＷＵ Ｙｕｎｃｈａｎｇ （Ｔｈｅ Ｆｉｒｓｔ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｈｕｎａｎ，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００１１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ＋６０６ ｍ ｔｕｎｎｅｌ ｇａｎｇｕｅ ｔｉｐｐｉｎｇ ａｎｄ ｂｒｅａｋｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ． Ｂａｓｅｄ Ｏｆｆ ｔｈｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｃｏｍｐｌｅｔｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｐｒｏｃｅｓｓ ｌａｙｏｕｔ，ｋｅｙ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ ｄｅｓｉｇｎ ｓｃｈｅｍｅ，ｗｈｉｃｈ ａｃｈｉｅｖｅｄ ｍａｃｈｉｎｅｒｙ－－ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｇａｎｇｕｅ ｔｉｐｐｉｎｇ ａｎｄ ｂｒｅａｋｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，ｒｅｄｕｃｅｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙ ａｎｄ ｇｒｅａｔｌｙ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｓｙｓｔｅｍ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｇａｎｇｕｅ；ｔｉｐｐｉｎｇ ａｎｄ ｂｒｅａｋｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ；ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｌ 工程概况 官仓煤矿位于遵义市桐梓县官仓镇境内，设计生产能 力０．４５ Ｍｔ／ａ，服务年限４７．４ ａ，为在建矿井。矿井采用平 硐一斜井开拓方案，划分＋６０６ ｍ、＋３００ ｍ、±０ ｍ三个水 输送机设计规范》，矸石破碎后粒度要求≤２５０ ｍｍ。 （２）矿井矸石含量约占１５ ，不均衡系数取值１．５，矸 石量每年约０．１０２ Ｍｔ。矸石井底车场矸石重车由防爆蓄 电池电机车牵引，每列由２２辆１ ｔ固定式矿车组成，系统 工作时间按照年工作２０００ ｈ计算，为满足翻卸、破碎能力， 设备处理能力应大于５Ｏ ｔ／ｈ。 ２．２初步设计方案 平，设置主斜井、副平硐、排矸斜井、风井、１３采区进风井等 ５个井筒，采用综采工艺。为实现连续化运输，排矸斜井安 装带式输送机，担负全矿矸石运输任务。排矸斜井通过井 底车场与＋６０６ ｍ水平运输大巷相连，矸石通过各采区轨 道上山下车场后，沿＋６０６ ｍ大巷编组运至矸石井底车场。 为满足系统设计技术要求，初步设计方案。在排矸井 底车场内设有翻车机硐室、缓冲仓、１号矸石仓、２号矸石 仓、破碎机硐室、行人及材料运输平巷、矸石皮带转载硐室 井底车场设置矸石翻卸及破碎系统，矸石破碎符合运输要 求后，由排矸斜井带式输送机上运至地面临时排矸场地， 等（图１）。缓冲仓直径４ ｍ，有效容量约３５ ｍ。；１号矸石仓 直径４ ｍ，有效容量１８０ ｍ ；２号矸石仓直径４．５ ｍ，有效容 量１００ ｍ３。矸石重车运至翻车机处，由１ ｔ电动式翻车机 填沟凹处理。 ２初步设计方案 ２．１ 技术要求 翻卸后经格筛初步筛分，格筛网距离为２５０ ｍｍ，筛下物直 接落入１号矸石仓，筛上物由溜槽溜入矸石缓冲仓，由扇 形闸门控制进入破碎机破碎后落入２号矸石仓。１号、２ （１）排矸斜井带式输送机带宽８００ ｍｍ，倾角１６。，由于 矿井矸石物料大块率在２Ｏ 左右，为便于运输，根据《带式 ・ ９４’ 号两个矸石仓下口装设往复式给煤机用于排矸斜井带式 输送机装载。 ＦＤＺＺ型电动翻车机；２一格筛；３一扇形闸门； ＰＬＭ５００破碎机；５一Ｋ一１型往复式给煤机 圈１初步设计方案 ３初步设计方案可靠性评价 系统可靠性表示系统在规定的条件下和规定的时间 内完成规定功能的能力，从整体上看系统能否完成预期的 功能，有多个衡量指标。结合井下矸石翻卸及破碎系统， 本文拟从功能可靠性、施工可靠性、管理可靠性等三个方 面对初步设计方案进行评价。 ３．１功能可靠性评价 基于服务于排矸斜井带式输送机矸石运输设置井下 矸石翻卸及破碎系统，矸石翻卸、破碎、装载为其基本功 能，系统自动化控制、设备先进性以及方便操作等为其扩 展功能。初步设计方案满足系统技术要求，能够实现系统 基本功能，但系统所有设备集中控制、自动化控制难以实 现，系统在扩展功能方面有所欠缺。具体分析如下： （１）翻车机采用电动翻车机，设备基础较为复杂，不能 实现正反转，翻车机前未设推车机，矸石重车进罐翻卸需 人工推送，自动化程度较低； （２）选用ＰＬＭ５００型破碎机，此机型为顺槽用破碎机， 主要适用于煤矿井下综采工作面原煤的连续破碎，由于矸 石硬度相对较大，对矸石破碎能力略显不足，设备故障率 较高； （３）１号、２号矸石仓仓下给料装置选用２台Ｋ一１型 往复式给煤机，２台设备不能同时给料且给料不好控制，给 料不连续，生产率较低。Ｋ一１型往复式给煤机给料机底 板在回程中需承受物料很大的摩擦力，结构受力大，设备 重，需要有较大的驱动功率，能耗大。同时设备振动、噪声 大。 ３．２施工可靠性评价 施工可靠性主要包括井下各硐室、矸石仓施工难易程 度、安全程度、工程量等。初步设计方案中共有大小３个 矸石仓，１号仓与２号仓间距１．０２ ｍ，井下施工时需要进 行大开挖，仓壁配筋、设备支护较为密集，在破碎机硐室处 需要开拓行人及材料运输平巷，工程施工难度大且工程量 较大 同时，翻车机轨面距离矸石仓底约有２Ｏ．５ ｍ高度 成为本方案施工可靠性最大的制约因素或缺陷，因为根据 现场施工对岩巷的控制和揭露，排矸斜井井底车场绕道掘 进施工中遭遇大溶洞，且与地下暗河有水力联系，为避开 溶洞，下部车场绕道布置需要进行调整，矸石仓过高遇到 溶洞可能性较大。 ３．３管理可靠性评价 管理可靠性主要包括劳动定员、系统维护、修理、保管 和使用、对现场故障进行处理等。功能可靠性对管理可靠 性有一定的影响。由于初步设计方案中设备自动化控制 程度不高，系统劳动定员相对较多，４个工位至少需要６个 工作人员，才能维持系统的正常运行。由于倒装环节较 多，系统故障率大为增加，尤其是破碎机的维护相当困难， 备品备件需要从行人及材料运输平巷运人。同时，由于系 统运行时需要设备联动，这也为管理带来了诸多不可靠因 素。 综上所述，初步设计方案能够达到系统基本功能，但 系统自动化程度不高，施工工程量大、难度高，安全隐患较 多，管理运行较为复杂，评价认为初步设计方案可靠性有 待提高。 ４优化设计方案 根据初步设计方案可靠性评价内容，对矸石翻卸、破 碎系统从工艺布置、关键设备选型、基础处理等方面均进 行了优化设计。 ４．１工艺布置优化 针对初步设计方案中矸石仓数量过多、转载次数多以 及系统自动化程度低等问题以及结合工程地质条件，对设 计方案进行了优化（见图２）。优化后设计方案充分利用大 巷现有基础条件，翻车机、推车机硐室、破碎机硐室、矸石 缓冲仓等采用上下一体化设计，上部翻车机和推车机硐室 宽７．４５ ｍ、长２２．５ ｍ，下部破碎机硐室宽５．１２ ｍ、长１７ ｍ，为下挖基坑。矸石缓冲仓位于破碎机硐室下部，直径４ ｍ，有效容量６０ ｍ。。 ・ ９５ ‘ 矸石重车由电机车牵引至矸石车场，电液动推车机将 矸石重车自动推送至翻车机内，翻车机翻卸后经格筛初步 筛分，格筛网筛孔为 ２５０ ｍｍ，筛下物直接落人矸石缓冲 仓，筛上物直接溜入破碎机，矸石破碎后落入矸石缓冲仓， 缓冲仓下口装设甲带式给料机用于排矸斜井带式输送机 转载。在最右侧设备检修孔，检修孔上部设置起吊梁，下 部在破碎硐室内设置爬梯。 相比初步设计方案，翻车机前布置推车机可实现矿车 自动进出，设备布置更为流畅，倒装环节大为减少，矸石仓 也减少２个，高度减少至１５ ｍ，避免遭遇溶洞的状况发生。 破碎机硐室不需另外考虑设备运输通道。各硐室周围围 岩基本不被破坏， 程量和施工难度大为降低。 ４．２关键设备选型 优化后方案中关键设备主要有推车机、翻车机、破碎 机、给料机。 进车方向 １一ＦＹＺＺ型液压翻车机；２一电液动推车机； ３一ＰＥＩ Ｍ—Ｏ１型破碎机；４一ＧＬＤ８００型甲带给料机； ５一转载带式输送机 图２优化后设计方案 （１）推车机：选用ＣＸＣ型销齿式电液动推车机，能进罐 推车，推车行程不小于１０ ｍ。 （２）翻车机：选用ＦＹＺＺ型液压翻车机，能适应实际需 要的高频率换向操作，液压控制，可实现无级调速。 （３）破碎机：选用ＰＥＬＭ一０１型煤矿井下颚板轮式破 碎机，破碎机采用差动原理，多点分散、挤压、剪切，实现对 矸石物料的破碎；采用机械、双重过载保护，安全可靠。出 料粒度≤２５０ ｍｍ，粒度范围可调。 ・ ９６ ・ （４）给料机：选用ＧＬＤ一８００型甲带给料机，给料均 匀、连续，可实现变频无级调速，维修量小，使用寿命长；零 部件通用性强，安装、维修简便。 根据工艺流程，选用的设备采用集中液压系统，能够 实现推车、翻车、破碎、转运等各工序相互配套的机电液一 体化联合作业，设备之间相互闭锁，自动化程度、安全系数 大为提高。优化后方案系统正常运行劳动定员为２人，减 少了操作人工，同时减轻了劳动强度，彻底改变了初步设 计方案中施工强度大、效率低、安全系数小等不利因素。 ４．３设备基础处理 优化设计后，推车机、翻车机下部为基坑，设备基础需 要由混凝土结构变为钢结构，其基础处理是本系统的一个 难点。设计考虑翻车机、推车机以及矸石重车重量，设备 基础取计算载荷２０ ｔ，设备支撑梁按单跨简支粱计算。通 过内力计算、强度和刚度验算，设备基础选用３６ ｃ工字钢 作为支撑梁，破碎硐室基坑顶面采用２５ ｂ工字钢为支撑 梁，硐室周边预留梁窝。待设备安装完毕后，基坑顶面铺 设花纹钢板。 ５ 结语 官仓煤矿井下矸石翻卸及破碎系统方案优化设计后， 系统更为简洁、流畅，实现了井下矸石翻卸及破碎系统机 电液一体化作业，系统可靠性大为增强。尽管设备投入略 有增加，但矿建工程量、施工难度大为降低，劳动定员相应 减少，经济效益较好。实践证明：系统一年来正常运行，机 械自动化程度达到了较好地效果。对于中西部薄煤层煤 矿，由于矸石量较多，本系统具有较大的借鉴意义。 参考文献： ［１］窦晓峰．煤矿井下矸石充填工艺系统研究（Ｊ］．河北煤炭， ２００７（６）：１２—１３． ［２）余梦桐，冯丽萍．邢东矿副井矸石系统及环形车场的优化与 设计ＣＪ］．煤炭工程，２ＯＯｌ（１２）：１４—１５． ［３］吕庆涛，张全川，等．东港煤矿井下煤砰ｌ筛分、矸石破碎、充填 系统技术研究与应用ＣＪ３．山东煤炭科技，２Ｏｌ１（４）：１７７— １７８． ［４］巩玉华，陈士军，等．井下充填矸石破碎、供给系统的设计及 应用（Ｊ］．山东煤炭科技，２０１２（６）：５１—５３． 作者简介：彭 猛（１９８３一），男，湖北随州人，２００９年毕业于湖南 科技大学，研究生学历，湖南第一工业设计研究院工作，工程师。 收稿日期：２０１４一Ｏ７一Ｏ３ 编辑：胡中祺